[发明专利]具有底部密封布置的硅沉积反应器

说明书

相关申请交叉参考

本申请要求2014年12月31日提交的美国临时申请No.62/099,057的权益，所述美国临时申请通过引用以其整体并入本文中。

技术领域

本公开涉及用于在流化床中热分解含硅气体以产生硅包覆粒子的反应器。

背景技术

由于优异的质量和热传递、沉积表面增加和连续性生产，含硅气体在流化床中的热分解是制造用于光伏和半导体工业的多晶硅的有吸引力的工艺。与西门子(Siemens)型反应器相比，流化床反应器在一部分的能量消耗下提供明显更高的生产率。流化床反应器可以是连续的和高度自动化的，从而显著减少人工成本。

一种这样的流化床反应器在WO2011063007A2中描述并在图1中显示。在该反应器中，内壳大致竖直延伸穿过反应器，并且大致是圆柱形的，有大致圆形的横截面。衬里，位于所述内壳的内向，大致竖直延伸穿过反应器，并且也大致是圆柱形的，有大致圆形的横截面。所述衬里限定了反应器室并保护内壳免于被硅包覆粒子磨损。所述衬里由选定的材料构造以避免所述硅粒子的污染。所述衬里因而保护流化床中的种晶粒子和产物粒子免于被所述内壳和/或容器壁材料污染。

WO2011063007A2的内壳和衬里被间隙分开，致使在所述内壳和所述衬里之间提供了圆柱形形状的环形空间。在所述内壳的底部提供密封，以阻止气体和颗粒材料从反应室进入所述空间。

因为所述内壳和所述衬里由热膨胀系数不同的材料制成，并且因为在所述反应器的操作期间，反应室中的气压与所述内壳和所述衬里之间的空间中的气压不同，可能发生问题。

这样的系统中的特殊问题是所述内壳和所述衬里之间的密封失效。在这样的系统中，典型的密封布置是位于两个水平的金属平表面之间的平垫片。这种布置是有问题的，因为所述垫片仅仅通过平表面之间的摩擦力固定就位。流化床反应器在操作期间产生显著的振动。结果，所述平垫片随着振动从所述两个金属平表面之间缓慢滑出，并且压力冲击导致在反应器底部的构件在周围移动。

当有工艺扰乱时，平垫片的面向内的边缘表面可以与所述反应器室内部的硅粒子发生直接接触也是个问题。所述垫片因与热的硅粒子直接接触而过热并且损坏。一旦平垫片的最内区域损坏和失去，则所述热的硅粒子作用于下一层并最终“烧”穿整个垫片，从而破坏所述密封的完整性。这也影响产物质量。小块的脱落的垫片材料进入所述反应器室并污染在其中包含的所述硅粒子。

因此，需要一种密封布置，其在用于沉积硅的流化床反应器中存在的条件下能有效工作。

发明内容

公开了用于制造高纯度硅包覆粒子的流化床反应器系统。所述流化床反应器系统包括由在所述流化床中的粒子污染最小化的材料构造的衬里。在该反应器中，内壳大致竖直延伸穿过反应器，并且大致是圆柱形的，有大致圆形的横截面。衬里，位于所述内壳的内向，大致竖直延伸穿过反应器，并且也大致是圆柱形的，有大致圆形的横截面。所述衬里限定了反应器室并保护内壳以免由于与硅包覆粒子接触引起磨损。

一种系统包含容器，所述容器具有外壳、与所述外壳的内表面邻接的绝缘层、位于所述绝缘层内向并定位在多个加热器内向的大致圆柱形的内壳。有利地，所述内壳由高温合金制成。大致圆柱形的衬里位于所述内壳之内，并在所述内壳和所述衬里之间提供圆柱形形状的环形空间。所述衬里限定了反应室，所述反应室含有许多种晶粒子和/或硅包覆粒子。所述衬里可以由非污染性材料制成，所述材料包括但不限于石英、硅、低镍合金、高温合金、钴合金、氮化硅、石墨、碳化硅、钼、或钼合金。

所述内壳和衬里的底端表面支撑在所述反应器底部附近。支撑组件包括被布置成密封所述内壳和衬里之间空间的底部以阻挡气体和颗粒材料进入所述空间的部件。所述组件有利地将包括在相邻的钢制反应器构件的面对表面之间的一个或多个O形环。每个O形环包含在钢制反应器部分的水平表面中限定的环形沟道或沟槽中。O形环位于限定所述反应器室的表面的径向向外的一定距离处，因此所述O形环不被位于所述室内部的热硅粒子触碰。结果，所述硅粒子没有由于与O形环接触引起的污染。因为所述热粒子不能触碰所述O形环并且因为所述钢制部分将吸收大部分的热并将其带走，从而维持了这种O形环的完整性。有利地，O形环提供在位于所述内壳和所述衬里之间的钢制密封环的上下两个表面处。所述钢制密封环有助于散热。因为每个O形环位于环形沟槽中，所以所述O形环无法从位置处滑出。